SU1183934A1

SU1183934A1 - МИКРОСКОП, преимущественно для сканирования трехмерных объектов

Info

Publication number: SU1183934A1
Application number: SU843713157A
Authority: SU
Inventors: Lev M Soroko
Original assignee: Obedinennyj I Yadernykh I
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1985-10-07

Description

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике элементарных частиц и может быть использовано в технике трековых детекторов при исследовании свойств' элементарных, в 5 частности короткоживущих, частиц.

Известна мезооптическая линза-аксикон, имеющая коническую поверхность £1 ].

Недостатком мезооптической линзы ю с одной конической поверхностью является наличие очень интенсивных боковых лепестков вблизи центрального максимума в области фокуса, что приводит к ухудшению разрешения изоб-45 ражения в двух близко расположенных точках.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является микроскоп,^ содержащий последовательно 20 расположенные вдоль оптической оси точечный источник света, первый объектив, предметный столик для размещения трехмерного объекта, установленный с возможностью перемещения,25 второй объектив и фотоприемник. Известное техническое решение представляет собой конфокальный микроскоп, в котором сканирование трехмерных объектов осуществляется посредством зд двухмерного сканирования в плоскости, перпендикулярной оптической оси, и сканирования вдоль оптической оси конфокального микроскопа £2^.

Недостаток известного устройства состоит в том, что в нем проводится 3$ сложная в техническом отношении операция аксиального (вдоль оптической оси) сканирования трехмерного объекта на заданную глубину. Эта операция является источником сбоев и ошибок, которые возникают на синтезированном изображении, что усложняет эксплуатацию микроскопа при просмотре большого числа трехмерных объектов,

Цель изобретения - повышение быстродействия сканирования при обеспечении максимальной концентрации энергии в плоскости фотоприемника.

Поставленная цель достигается тем,^® что в микроскопе, преимущественно для сканирования трехмерных объектов, содержащем последовательно расположенные вдоль оптической оси тачечный источник света,первыйобъектив,пред- ν метный столик для размещения трехмерного объекта, установленный с возмож1ностью перемещения, второй объектив

и фотоприемник, каждый из объективов выполнен из двух элементов, плосковыпуклого, в фокусе которого расположен точечный источник света, и в виде центральной круглой шторки, симметрично расположенной относительно оптической оси, и набора плосковыпуклых с общей плоской поверхностью мезооптических линз, конические поверхности которых обращены к плоскости предметного столика, при этом расположение соседних конических поверхностей характеризуется соотношением

ЕрИ) , £-1|2 Е, ‘ .

где - внешний радиус ΐ-й конической поверхности,’

1=1(2,N - индексы конических поверхностей, где N7/3;

2£- расстояние между первым и вторым объективами}

Ц- глубина сканируемого трехмерного объекта вдоль оптической оси,* ?. :

а внешний раудис конической поверхности первой плосковыпуклой мезооптической линзы

I " *

где дх — требуемое разрешение микроскопа{

λ - длина волны света, причем шторка выполнена с радиусом, равным внутреннему радиусу К-й конической поверхности мезооптической линзы, а ΐ-я коническая поверхность наклонена к оптической оси микроскопа под углом 90^ъ-где

_я _ κω . ..

. [иУ(£-и2)²+ Е² (И - ’

ТА - .показатель преломления материала мезооптических линз.

На чертеже представлен предлагаемый микроскоп, общий вид.

Микроскоп, преимущественно для сканирования трехмерных объектов, содержит точечный источник 1 света, объектив 2, предметный столик 3 для размещения трехмерного объекта, установленный с возможностью перемещения с помощью системы 4, второй объектив 5, фотоприемник 6. Каждый

1183934

25

из объективов микроскопа выполнен из двух элементов - плосковыпуклого 7 и в виде круглой шторки 8, и набора мезооптических линз 9.

Устройство работает следующим образом.

Сначала, исследуемый объект крепят на предметном столике 3 и перемещают его с помощью системы 4 перемещения в плоскости, перпендику- ₁₀лярной оптической оси. При этом отрезок протяженного изображения (точечного источника света полностью охватывает трехмерный объект по глубине* Включив точечный источник света и точечный фотоприемник, начинают перемещать исследуемый объект и производят сканирование исследуемого объекта. Лучи света, выходящие из точечного источника 1 света, преобразуются плосковыпуклым элементом 7 в параллельный пучок света. Далее набор мезооптических линз 9 первого объектива преобразует параллельный пучок света в веер конически параллельных лучей света, которые в области расположения сканируемого трехмерного объекта сливаются вместе и формируют протяженное изображение точечного источника. Лучи света, прошедшие сквозь протяженное изображение точечного источника, попадают на соответствующие конические поверхности набора мезооптических линз 9 второго объектива и на выходе его превращаются в коллимированный 35 пучок света. Плосковыпуклый элемент 7 второго объектива направляет коллимированный пучок света на вход точечного фотоприемника 6.

Введение мезооптических линз с ко-40 ническими поверхностями в объектив конфокального микроскопа позволяет увеличить глубину поля, которая в мезооптической линзе не зависит от дифракции света и подчиняется только 45 правилам геометрической оптики. Однако не любая мезооптическая линза может быть использована в конфокальном микроскопу. Необходимо выполнить два дополнительных условия: уменьшить 50 интенсивность боковых лепестков функции размытия точки простейшего мезооптического элемента с одной конической поверхностью и сохранить топологию хода лучей света, характерную 55 для конфокального микроскопа, т.е. лучи света, прошедшие через область фокуса, дложны пройти через второй

15

20

30

объектив конфокального микроскопа так, чтобы все лучи света' попали в точечный фотоприемник. При этом обеспечиваются получение максимальной концентрации света в плоскости фотоприемника и оптимальность освещения трехмерного объекта вдоль оптической оси.

Чтобы удовлетворить первому условию, число конических поверхностей должно быть взято не меньше трех. Мезооптическая линза с одной конической поверхностью имеет функции размытия точки с очень интенсивными боковыми лепестками. В мезооптической линзе с двумя коническими поверхностями интенсивность боковых лепестков в функции размытия точки уменьшена. Примерно начиная с числа конических поверхностей, равного трем, интенсивность боковых лепестков уменьшается ^цо уровня, который может дать достаточно высокий динамический диапазон интенсивностей света по объекту.

Чтобы выполнить второе условие, значения радиусов окружностей, разделяющих две соседние конические поверхности мезооптической линзы, должны быть подчинены условию конфокальности, которое в предлагаемом микроскопе имеет вид геометрической прогрессии. При этом знаменатель геометрической прогрессии задается расстоянием между двумя мезооптическими Линзами микроскопа и требуемой глубиной фокуса. Если второе условие выполнено,, то частичные изображения ‘ точечного источника света, формируемые первым плосковыпуклым элементом и отдельными коническими поверхностями первой мезооптической линзы, сличаются вместе, а затем лучи света, вышедшие из области протяженного фокуса, собираются второй мезооптической линзой и вторым плосковыпуклым элементом в точечный фотоприемник. Углы между коническими поверхностями мезооптической линзы и оптической осью микроскопа выбраны из условия конфокальности и‘условия, чтобы протяженное изображение точечного источника света возникло на заданном расстоянии от мезооптических линз и имело заданную глубину резкости.

Преимущество предлагаемого микроскопа состоит в том, что данные о трехмерном объекте,· просуммированные вдоль оптической оси микроскопа,

1183934 ·

6

$ .

получают непосредственно, минуя аксиальное сканирование с сохранением высокого разрешения в поперечном направлении. Это значительно упрощает систему перемещения трехмерного объекта. Причем помимо упрощения самой конструкции микроскопа

это позводяет убрать источники ошибок в зарегистрированном озображении, увеличить точность

5 сканирования, а также существенно повысить скорость просмотра слоев ядерной фотоэмульсии.

Claims

МИКРОСКОП, преимущественно для сканирования трехмерных объектов, содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси точечный источник света, первый объектив, предметный столик для размещения трехмерного объекта, установленный

с возможностью перемещения, второй объектив и фбтоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия сканирования при обеспечении максимальной концентрации.энергии в плоскости фотоприемника, каждый из объективов выполнен из двух элементов т- плосковыпуклого, в фокусе которого расположен точечный источник света, и в виде центральной круглой шторки, симметрично расположенной относительно..оптической оси, и набора плосковыпуклых с общей плоской поверхностью мезооптических линз, конические поверхности которых обращены к плоскости предметного столика, при этом расположение соседних· конических поверхностей, характеризуется соотношением

В 0+1) _ ·£ ь|2

КО) ‘_£ ь ’

1+ 2

где - внешний радиус 1 -й конической поверхности·,·

' ι=1,2,...Ν- индексы конических поверх¹ ностей, где N>3;
2£ - расстояние между первым и вторым объективами·,’

Ь - глубина сканируемого трехмерного объекта вдоль оптической оси,

а внешний радиус конической поверх• ности первой плосковыпуклой мезооптической линзы

' ^»« = *Ν*Ι/2(£4) -£Г’

где Δ X ~ требуемое разрешение микроскопа^

Л - длина волны света, причем шторка выполнена с радиусом, равным внутреннему радиусу Ν-й конической поверхности мезооптичес— кой линзы, а · > -я коническая поверхность наклонена к оптической оси микроскопа под углом 90 ® - β (ΐ), где

. л . ' КО) .

• ' ’ [η|(£ + Ь/21² + (?^ζ(ί) - (£ + Ц2)]

Π - показатель преломления материала мезооптических линз.

511 ,„,1183934

1183934 2